初探冷庫制冷裝置的余熱利用

李冰冰

摘 要：冷庫數(shù)量增長必將導(dǎo)致冷庫總的能耗需求提高，國務(wù)院印發(fā)的《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》給未來中國節(jié)能事業(yè)提出了新要求，規(guī)劃將冷庫應(yīng)用中的電機(jī)、冷卻塔、余熱余壓利用等系統(tǒng)列入節(jié)能改造重點工程。冷庫是一個龐大復(fù)雜的系統(tǒng)，冷庫設(shè)計、制冷系統(tǒng)運行及管理等方面都擁有節(jié)能改進(jìn)的潛力，在能源日趨緊張的今天，冷庫節(jié)能是一個值得關(guān)注的研究領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：冷庫制冷裝置；余熱利用

1 冷庫節(jié)能降耗研究的現(xiàn)狀

長期以來，不少研究和工程實踐人員從冷庫的設(shè)計、施工、運行管理、維修保養(yǎng)各個環(huán)節(jié)著手，探討了實現(xiàn)節(jié)能降耗的有效措施。進(jìn)行冷庫設(shè)計時，盡量選用新工藝、新設(shè)備和新技術(shù)。如，減少冷庫圍護(hù)結(jié)構(gòu)單位熱流量指標(biāo)；凍結(jié)間配用雙速或變速風(fēng)機(jī)合理選擇制冷壓縮機(jī)的型式；在雙級系統(tǒng)中，蒸發(fā)器的供液選用二次節(jié)流流程，將高壓級與高溫庫回路合并；優(yōu)先選用蒸發(fā)式冷凝器；采用蓄冷技術(shù)，實現(xiàn)“移峰填谷”；采用變頻技術(shù)，對制冷壓縮機(jī)、循環(huán)水泵和冷風(fēng)機(jī)實行變頻控制。在冷庫施工時，應(yīng)最大限度地杜絕“冷橋”，冷庫投入運行前，嚴(yán)格按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排污和試壓。

運行管理中，合理開機(jī)，降低制冷壓縮機(jī)的電耗；定期清除冷凝器管壁上的水垢，防止不凝性氣體進(jìn)入系統(tǒng)，避免冷凝溫度升高；合理調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度，及時對蒸發(fā)器進(jìn)行除霜；制冷壓縮機(jī)、冷風(fēng)機(jī)運行中采用能量調(diào)節(jié)；盡量采用機(jī)械化操作；合理堆裝貨物，以利降溫。此外，應(yīng)執(zhí)行大、中、小維修制度，加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，保證設(shè)備的效率。以上措施的實行，對冷庫的節(jié)能降耗起著十分重要的作用。從開源節(jié)流的角度看，如能實現(xiàn)冷庫制冷系統(tǒng)余熱的回收利用，則可以節(jié)約燃料費用，降低生產(chǎn)勞動費用。

2 冷凝排熱的有用分析

依據(jù)熱力學(xué)的理論，能量不僅有量的區(qū)別，還有質(zhì)的差別。內(nèi)能和熱能包含有用和無用兩部分，而環(huán)境內(nèi)能僅包含無用。從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)觀點看，任何形式的能量中，有用的比例越高，其價值越高。與環(huán)境溫度相比，系統(tǒng)的溫度越高，其中的有用的比例就越高，可供利用的部分就越多，能量的品位就越高。相反，系統(tǒng)的溫度越接近環(huán)境溫度，其中有用的比例就越少，能量的品位也就越低。

由于余熱品位的差異，高溫余熱的回收利用受到更多的重視與研究。而冷庫制冷系統(tǒng)中，冷凝溫度一般在35℃～45℃之間，略高于環(huán)境溫度，冷凝熱中有用的比例不高，屬低品位能量，因而對其回收利用不夠重視，研究不足。

一般，冷藏間的單位制冷負(fù)荷隨著冷庫公稱噸位的增加而減少，隨著貯藏溫度的降低而增加，凍結(jié)間的單位制冷負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于冷藏間的。以下計算按凍結(jié)間每年運轉(zhuǎn)60天、冷藏按每年運轉(zhuǎn)360天進(jìn)行。冷凝器負(fù)荷（即冷凝器的排熱）是設(shè)備負(fù)荷與機(jī)械負(fù)荷之和。對于公稱噸位500t的冷庫，冷凝器由于冷藏的排熱量為0，110kw/t，由于凍結(jié)的排熱量為13.38kW/t。根據(jù)中國水產(chǎn)學(xué)會漁業(yè)制冷年會的報道，我國水產(chǎn)冷庫的冷藏噸位2002年為200萬t，2005年為256.6萬t，到2008年將達(dá)到300萬t。按冷凝溫度為40℃、以2005年的數(shù)據(jù)進(jìn)行估算可知，水產(chǎn)冷庫每年通過冷凝器排放的余熱中有用的數(shù)量相當(dāng)于5.5×107kWh的電能。按每生產(chǎn)1kWh的電需消耗0.36kg標(biāo)煤計，相當(dāng)于每年浪費掉2萬t的標(biāo)煤。

如能對這部分仍然具有做功能力的熱量加以回收利用，不僅能節(jié)約能源，而且能減少對環(huán)境的熱污染。

3 冷凝排熱的可利用渠道

3.1 余熱回收原理圖

冷庫中進(jìn)行凍結(jié)或低溫貯藏一般采用雙級壓縮制冷循環(huán)，高壓級壓縮機(jī)（缸）的排氣溫度100℃左右。在壓縮機(jī)的排氣總管上設(shè)置排熱回收熱交換器，以回收余熱。冷庫制冷壓縮機(jī)的排氣先進(jìn)入排熱回收交換器，由100℃被冷卻至60℃左右后，再進(jìn)人冷凝器中被冷凝。溫水槽中溫度較低的回水經(jīng)水泵3進(jìn)入排熱回收熱交換器，溫度由30℃升至高于50℃后返回溫水槽。這樣可用水泵2向外提供40℃以上的溫水。

3.2 用于解凍裝置

加工凍結(jié)狀態(tài)的食品原料，均須解凍裝置。常用的解凍方法中，空氣解凍需要15℃～20℃的流動空氣，低溫流水解凍需要5～12℃的水，低溫鹽水解凍需要18℃～20℃的鹽水，接觸式解凍裝置則需要20℃～40℃的溫水。這些循環(huán)流動的解凍介質(zhì)，需要有熱源維持其溫度不致過低。

3.2.1 流動空氣解凍庫

在圖1中，由水泵2送出的溫水可直接送往解凍庫的溫風(fēng)機(jī)，溫水加熱庫內(nèi)空氣，保證解凍空氣溫度在15℃～20℃，水溫降低后返回溫水槽。凍品解凍初期負(fù)荷最大，一般解凍進(jìn)行4h～5h后降至平均負(fù)荷，解凍后期負(fù)荷越來越小。為了適應(yīng)解凍庫內(nèi)的負(fù)荷變化，在溫風(fēng)機(jī)側(cè)設(shè)置電加熱器，作為輔助熱源解決解凍初期的高負(fù)荷，加熱器工作與否由庫溫控制；在溫水進(jìn)入溫風(fēng)機(jī)之前設(shè)置電動三通閥，解凍后期負(fù)荷降低，流經(jīng)溫風(fēng)機(jī)的水量隨之減少。

3.2.2 溫水解凍機(jī)

由水泵2直接向溫水解凍機(jī)提供40℃左右的溫水，水溫降低后返回溫水槽。根據(jù)需要，溫水槽內(nèi)也可以是鹽水，以滿足低溫鹽水解凍的需要。但是如果用鹽水循環(huán)，則必須解決好腐蝕問題。設(shè)有解凍庫或解凍機(jī)的冷庫裝置，作為配送中心，可以為外界（如食品廠）提供優(yōu)質(zhì)凍品或解凍品。

3.3 用于地板低溫輻射采暖

地板輻射采暖是指利用建筑物內(nèi)部的地面作為輻射面來進(jìn)行采暖，地面除了以對流換熱方式加熱周圍的空氣以外，還與四周的圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行輻射換熱，其換熱量通常占總換熱量的50%以上。與傳統(tǒng)的對流采暖方式相比，低溫地板輻射采暖系統(tǒng)給人以腳暖頭涼的舒適感覺。另外，由于熱量是從地面以輻射方式向室內(nèi)均勻散熱，室內(nèi)溫度均勻，溫度梯度小。

采暖的熱源有發(fā)熱電纜和低溫?zé)崴畠煞N，多采用后者作為熱源。為保證人體舒適感，地板輻射采暖系統(tǒng)的地面溫度以24℃～28℃為宜，在常用的管徑、管間距前提下，實際所需熱水溫度往往低于60℃。由水泵2送出的溫水，直接進(jìn)入地板供暖系統(tǒng)的加熱管，在加熱管內(nèi)散熱后返回溫水槽。

由于地面層及混凝土層的蓄熱量大，熱穩(wěn)定性好，因此在間歇供暖的條件下，室內(nèi)溫度變化緩慢。與散熱器對流采暖方式相比，熱效率高。熱量從地面以輻射方式向室內(nèi)均勻散熱，室內(nèi)溫度均勻，溫度梯度小，可避免污濁空氣對流和積塵面灰塵飛揚的現(xiàn)象，保持室內(nèi)的清新環(huán)境。在達(dá)到相同的熱舒適度的條件下，采暖房間的空氣溫度可比傳統(tǒng)的對流采暖方式低2℃～3℃，可以減少熱負(fù)荷，節(jié)能約為20%～30%。冷庫回收余熱用于地板輻射采暖可以用于冷庫工作人員辦公室、休息室等，改善工作條件，而不用消耗其他熱源。

3.4 用于提供生產(chǎn)、生活用熱水

利用冷凝余熱預(yù)熱生活或生產(chǎn)用水，可以減少鍋爐燃料用量和加熱時間，節(jié)能、省時。利用余熱提供生產(chǎn)或生活用熱水時的流程見圖如圖5所示。冷卻水先進(jìn)入冷凝器，水溫由20℃左右升至約25℃后，根據(jù)負(fù)荷的大小全部或部分進(jìn)入排熱回收熱交換器（由三通電動閥控制），在排熱回收熱交換器中，與壓縮機(jī)排氣進(jìn)行顯熱交換，溫度升至約50℃。50℃的熱水可直接作為生活用水使用（如為浴室提供熱水）；也可根據(jù)需要經(jīng)加熱器升溫后為生產(chǎn)提供高溫水。

4 結(jié)語

隨著常規(guī)能源的日漸減少，人們節(jié)能和環(huán)保意識的日益加強(qiáng)，開源節(jié)流，各行業(yè)減少能耗是必然的趨勢。冷庫作為食品冷藏鏈的關(guān)鍵一環(huán)，其建設(shè)是得到加強(qiáng)的，節(jié)能降耗也擺在冷庫企業(yè)的面前。冷凝排熱回收裝置的開發(fā)利用，將是冷庫節(jié)能的一個有效途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1] 龔海輝，謝晶，張青.冷庫結(jié)構(gòu)與保溫材料現(xiàn)狀[J].物流科技，2010（2）：121～123.